source: trunk/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN/dynhpg.F90 @ 7753

Last change on this file since 7753 was 7753, checked in by mocavero, 4 years ago

Reverting trunk to remove OpenMP

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 72.2 KB
Line 
1MODULE dynhpg
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  dynhpg  ***
4   !! Ocean dynamics:  hydrostatic pressure gradient trend
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  !  1987-09  (P. Andrich, M.-A. Foujols)  hpg_zco: Original code
7   !!            5.0  !  1991-11  (G. Madec)
8   !!            7.0  !  1996-01  (G. Madec)  hpg_sco: Original code for s-coordinates
9   !!            8.0  !  1997-05  (G. Madec)  split dynber into dynkeg and dynhpg
10   !!            8.5  !  2002-07  (G. Madec)  F90: Free form and module
11   !!            8.5  !  2002-08  (A. Bozec)  hpg_zps: Original code
12   !!   NEMO     1.0  !  2005-10  (A. Beckmann, B.W. An)  various s-coordinate options
13   !!                 !         Original code for hpg_ctl, hpg_hel hpg_wdj, hpg_djc, hpg_rot
14   !!             -   !  2005-11  (G. Madec) style & small optimisation
15   !!            3.3  !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
16   !!            3.4  !  2011-11  (H. Liu) hpg_prj: Original code for s-coordinates
17   !!                 !           (A. Coward) suppression of hel, wdj and rot options
18   !!            3.6  !  2014-11  (P. Mathiot) hpg_isf: original code for ice shelf cavity
19   !!----------------------------------------------------------------------
20
21   !!----------------------------------------------------------------------
22   !!   dyn_hpg      : update the momentum trend with the now horizontal
23   !!                  gradient of the hydrostatic pressure
24   !!   dyn_hpg_init : initialisation and control of options
25   !!       hpg_zco  : z-coordinate scheme
26   !!       hpg_zps  : z-coordinate plus partial steps (interpolation)
27   !!       hpg_sco  : s-coordinate (standard jacobian formulation)
28   !!       hpg_isf  : s-coordinate (sco formulation) adapted to ice shelf
29   !!       hpg_djc  : s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
30   !!       hpg_prj  : s-coordinate (Pressure Jacobian with Cubic polynomial)
31   !!----------------------------------------------------------------------
32   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
33   USE sbc_oce         ! surface variable (only for the flag with ice shelf)
34   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
35   USE wet_dry         ! wetting and drying
36   USE phycst          ! physical constants
37   USE trd_oce         ! trends: ocean variables
38   USE trddyn          ! trend manager: dynamics
39!jc   USE zpshde          ! partial step: hor. derivative     (zps_hde routine)
40   !
41   USE in_out_manager  ! I/O manager
42   USE prtctl          ! Print control
43   USE lbclnk          ! lateral boundary condition
44   USE lib_mpp         ! MPP library
45   USE eosbn2          ! compute density
46   USE wrk_nemo        ! Memory Allocation
47   USE timing          ! Timing
48   USE iom
49
50   IMPLICIT NONE
51   PRIVATE
52
53   PUBLIC   dyn_hpg        ! routine called by step module
54   PUBLIC   dyn_hpg_init   ! routine called by opa module
55
56   !                                 !!* Namelist namdyn_hpg : hydrostatic pressure gradient
57   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_zco   !: z-coordinate - full steps
58   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_zps   !: z-coordinate - partial steps (interpolation)
59   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_sco   !: s-coordinate (standard jacobian formulation)
60   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_djc   !: s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
61   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_prj   !: s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
62   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_isf   !: s-coordinate similar to sco modify for isf
63
64   INTEGER , PUBLIC ::   nhpg  =  0   ! = 0 to 7, type of pressure gradient scheme used ! (deduced from ln_hpg_... flags) (PUBLIC for TAM)
65
66   !! * Substitutions
67#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
68   !!----------------------------------------------------------------------
69   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO Consortium (2010)
70   !! $Id$
71   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
72   !!----------------------------------------------------------------------
73CONTAINS
74
75   SUBROUTINE dyn_hpg( kt )
76      !!---------------------------------------------------------------------
77      !!                  ***  ROUTINE dyn_hpg  ***
78      !!
79      !! ** Method  :   Call the hydrostatic pressure gradient routine
80      !!              using the scheme defined in the namelist
81      !!
82      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
83      !!             - send trends to trd_dyn for futher diagnostics (l_trddyn=T)
84      !!----------------------------------------------------------------------
85      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step index
86      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  ztrdu, ztrdv
87      !!----------------------------------------------------------------------
88      !
89      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('dyn_hpg')
90      !
91      IF( l_trddyn ) THEN                    ! Temporary saving of ua and va trends (l_trddyn)
92         CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
93         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
94         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
95      ENDIF
96      !
97      SELECT CASE ( nhpg )      ! Hydrostatic pressure gradient computation
98      CASE (  0 )   ;   CALL hpg_zco    ( kt )      ! z-coordinate
99      CASE (  1 )   ;   CALL hpg_zps    ( kt )      ! z-coordinate plus partial steps (interpolation)
100      CASE (  2 )   ;   CALL hpg_sco    ( kt )      ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
101      CASE (  3 )   ;   CALL hpg_djc    ( kt )      ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
102      CASE (  4 )   ;   CALL hpg_prj    ( kt )      ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
103      CASE (  5 )   ;   CALL hpg_isf    ( kt )      ! s-coordinate similar to sco modify for ice shelf
104      END SELECT
105      !
106      IF( l_trddyn ) THEN      ! save the hydrostatic pressure gradient trends for momentum trend diagnostics
107         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
108         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
109         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_hpg, kt )
110         CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
111      ENDIF
112      !
113      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' hpg  - Ua: ', mask1=umask,   &
114         &                       tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
115      !
116      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('dyn_hpg')
117      !
118   END SUBROUTINE dyn_hpg
119
120
121   SUBROUTINE dyn_hpg_init
122      !!----------------------------------------------------------------------
123      !!                 ***  ROUTINE dyn_hpg_init  ***
124      !!
125      !! ** Purpose :   initializations for the hydrostatic pressure gradient
126      !!              computation and consistency control
127      !!
128      !! ** Action  :   Read the namelist namdyn_hpg and check the consistency
129      !!      with the type of vertical coordinate used (zco, zps, sco)
130      !!----------------------------------------------------------------------
131      INTEGER ::   ioptio = 0      ! temporary integer
132      INTEGER ::   ios             ! Local integer output status for namelist read
133      !!
134      INTEGER  ::   ji, jj, jk, ikt    ! dummy loop indices      ISF
135      REAL(wp) ::   znad
136      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  ztstop, zrhd ! hypothesys on isf density
137      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)     ::  zrhdtop_isf  ! density at bottom of ISF
138      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)     ::  ziceload     ! density at bottom of ISF
139      !!
140      NAMELIST/namdyn_hpg/ ln_hpg_zco, ln_hpg_zps, ln_hpg_sco,     &
141         &                 ln_hpg_djc, ln_hpg_prj, ln_hpg_isf
142      !!----------------------------------------------------------------------
143      !
144      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namdyn_hpg in reference namelist : Hydrostatic pressure gradient
145      READ  ( numnam_ref, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 901)
146901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in reference namelist', lwp )
147      !
148      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namdyn_hpg in configuration namelist : Hydrostatic pressure gradient
149      READ  ( numnam_cfg, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
150902   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in configuration namelist', lwp )
151      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_hpg )
152      !
153      IF(lwp) THEN                   ! Control print
154         WRITE(numout,*)
155         WRITE(numout,*) 'dyn_hpg_init : hydrostatic pressure gradient initialisation'
156         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
157         WRITE(numout,*) '   Namelist namdyn_hpg : choice of hpg scheme'
158         WRITE(numout,*) '      z-coord. - full steps                             ln_hpg_zco    = ', ln_hpg_zco
159         WRITE(numout,*) '      z-coord. - partial steps (interpolation)          ln_hpg_zps    = ', ln_hpg_zps
160         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation)          ln_hpg_sco    = ', ln_hpg_sco
161         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation) for isf  ln_hpg_isf    = ', ln_hpg_isf
162         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)     ln_hpg_djc    = ', ln_hpg_djc
163         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)    ln_hpg_prj    = ', ln_hpg_prj
164      ENDIF
165      !
166      IF( ln_hpg_djc )   &
167         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : Density Jacobian: Cubic polynominal method &
168                           & currently disabled (bugs under investigation). Please select &
169                           & either  ln_hpg_sco or  ln_hpg_prj instead')
170      !
171      IF( .NOT.ln_linssh .AND. .NOT.(ln_hpg_sco.OR.ln_hpg_prj.OR.ln_hpg_isf) )        &
172         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : non-linear free surface requires either ', &
173         &                 '   the standard jacobian formulation hpg_sco    or '    , &
174         &                 '   the pressure jacobian formulation hpg_prj'            )
175
176      IF(       ln_hpg_isf .AND. .NOT. ln_isfcav )   &
177         &   CALL ctl_stop( ' hpg_isf not available if ln_isfcav = false ' )
178      IF( .NOT. ln_hpg_isf .AND.       ln_isfcav )   &
179         &   CALL ctl_stop( 'Only hpg_isf has been corrected to work with ice shelf cavity.' )
180      !
181      !                               ! Set nhpg from ln_hpg_... flags
182      IF( ln_hpg_zco )   nhpg = 0
183      IF( ln_hpg_zps )   nhpg = 1
184      IF( ln_hpg_sco )   nhpg = 2
185      IF( ln_hpg_djc )   nhpg = 3
186      IF( ln_hpg_prj )   nhpg = 4
187      IF( ln_hpg_isf )   nhpg = 5
188      !
189      !                               ! Consistency check
190      ioptio = 0
191      IF( ln_hpg_zco )   ioptio = ioptio + 1
192      IF( ln_hpg_zps )   ioptio = ioptio + 1
193      IF( ln_hpg_sco )   ioptio = ioptio + 1
194      IF( ln_hpg_djc )   ioptio = ioptio + 1
195      IF( ln_hpg_prj )   ioptio = ioptio + 1
196      IF( ln_hpg_isf )   ioptio = ioptio + 1
197      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'NO or several hydrostatic pressure gradient options used' )
198      !
199      ! initialisation of ice shelf load
200      IF ( .NOT. ln_isfcav ) riceload(:,:)=0.0
201      IF (       ln_isfcav ) THEN
202         CALL wrk_alloc( jpi,jpj, 2,  ztstop) 
203         CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zrhd  )
204         CALL wrk_alloc( jpi,jpj,     zrhdtop_isf, ziceload) 
205         !
206         IF(lwp) WRITE(numout,*)
207         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_isf : hydrostatic pressure gradient trend for ice shelf'
208         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~' 
209
210         ! To use density and not density anomaly
211         znad=1._wp
212         
213         ! assume water displaced by the ice shelf is at T=-1.9 and S=34.4 (rude)
214         ztstop(:,:,1)=-1.9_wp ; ztstop(:,:,2)=34.4_wp
215
216         ! compute density of the water displaced by the ice shelf
217         DO jk = 1, jpk
218            CALL eos(ztstop(:,:,:),gdept_n(:,:,jk),zrhd(:,:,jk))
219         END DO
220     
221         ! compute rhd at the ice/oce interface (ice shelf side)
222         CALL eos(ztstop,risfdep,zrhdtop_isf)
223
224         ! Surface value + ice shelf gradient
225         ! compute pressure due to ice shelf load (used to compute hpgi/j for all the level from 1 to miku/v)
226         ! divided by 2 later
227         ziceload = 0._wp
228         DO jj = 1, jpj
229            DO ji = 1, jpi
230               ikt=mikt(ji,jj)
231               ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (znad + zrhd(ji,jj,1) ) * e3w_n(ji,jj,1) * (1._wp - tmask(ji,jj,1))
232               DO jk=2,ikt-1
233                  ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + zrhd(ji,jj,jk-1) + zrhd(ji,jj,jk)) * e3w_n(ji,jj,jk) &
234                     &                              * (1._wp - tmask(ji,jj,jk))
235               END DO
236               IF (ikt  >=  2) ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + zrhdtop_isf(ji,jj) + zrhd(ji,jj,ikt-1)) &
237                                  &                              * ( risfdep(ji,jj) - gdept_1d(ikt-1) )
238            END DO
239         END DO
240         riceload(:,:)=ziceload(:,:)  ! need to be saved for diaar5
241
242         CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, 2,  ztstop) 
243         CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zrhd  )
244         CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,     zrhdtop_isf, ziceload) 
245      END IF
246      !
247   END SUBROUTINE dyn_hpg_init
248
249
250   SUBROUTINE hpg_zco( kt )
251      !!---------------------------------------------------------------------
252      !!                  ***  ROUTINE hpg_zco  ***
253      !!
254      !! ** Method  :   z-coordinate case, levels are horizontal surfaces.
255      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
256      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
257      !!      density gradient along the model level from the suface to that
258      !!      level:    zhpi = grav .....
259      !!                zhpj = grav .....
260      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
261      !!            ua = ua - 1/e1u * zhpi
262      !!            va = va - 1/e2v * zhpj
263      !!
264      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
265      !!----------------------------------------------------------------------
266      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
267      !
268      INTEGER  ::   ji, jj, jk       ! dummy loop indices
269      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1   ! temporary scalars
270      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
271      !!----------------------------------------------------------------------
272      !
273      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,   zhpi, zhpj )
274      !
275      IF( kt == nit000 ) THEN
276         IF(lwp) WRITE(numout,*)
277         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zco : hydrostatic pressure gradient trend'
278         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate case '
279      ENDIF
280
281      zcoef0 = - grav * 0.5_wp      ! Local constant initialization
282
283      ! Surface value
284      DO jj = 2, jpjm1
285         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
286            zcoef1 = zcoef0 * e3w_n(ji,jj,1)
287            ! hydrostatic pressure gradient
288            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
289            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
290            ! add to the general momentum trend
291            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
292            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
293         END DO
294      END DO
295
296      !
297      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
298      DO jk = 2, jpkm1
299         DO jj = 2, jpjm1
300            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
301               zcoef1 = zcoef0 * e3w_n(ji,jj,jk)
302               ! hydrostatic pressure gradient
303               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
304                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk)+rhd(ji+1,jj,jk-1) )    &
305                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk)+rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
306
307               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
308                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk)+rhd(ji,jj+1,jk-1) )    &
309                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk)+rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
310               ! add to the general momentum trend
311               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
312               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
313            END DO
314         END DO
315      END DO
316      !
317      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,   zhpi, zhpj )
318      !
319   END SUBROUTINE hpg_zco
320
321
322   SUBROUTINE hpg_zps( kt )
323      !!---------------------------------------------------------------------
324      !!                 ***  ROUTINE hpg_zps  ***
325      !!
326      !! ** Method  :   z-coordinate plus partial steps case.  blahblah...
327      !!
328      !! ** Action  : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
329      !!----------------------------------------------------------------------
330      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
331      !!
332      INTEGER  ::   ji, jj, jk                       ! dummy loop indices
333      INTEGER  ::   iku, ikv                         ! temporary integers
334      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1, zcoef2, zcoef3   ! temporary scalars
335      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
336      !!----------------------------------------------------------------------
337      !
338      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,   zhpi, zhpj )
339      !
340      IF( kt == nit000 ) THEN
341         IF(lwp) WRITE(numout,*)
342         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zps : hydrostatic pressure gradient trend'
343         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate with partial steps - vector optimization'
344      ENDIF
345
346      ! Partial steps: bottom before horizontal gradient of t, s, rd at the last ocean level
347!jc      CALL zps_hde    ( kt, jpts, tsn, gtsu, gtsv, rhd, gru , grv )
348
349      ! Local constant initialization
350      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
351
352      !  Surface value (also valid in partial step case)
353      DO jj = 2, jpjm1
354         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
355            zcoef1 = zcoef0 * e3w_n(ji,jj,1)
356            ! hydrostatic pressure gradient
357            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj  ,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
358            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji  ,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
359            ! add to the general momentum trend
360            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
361            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
362         END DO
363      END DO
364
365      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
366      DO jk = 2, jpkm1
367         DO jj = 2, jpjm1
368            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
369               zcoef1 = zcoef0 * e3w_n(ji,jj,jk)
370               ! hydrostatic pressure gradient
371               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
372                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
373                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
374
375               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
376                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
377                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
378               ! add to the general momentum trend
379               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
380               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
381            END DO
382         END DO
383      END DO
384
385      ! partial steps correction at the last level  (use gru & grv computed in zpshde.F90)
386      DO jj = 2, jpjm1
387         DO ji = 2, jpim1
388            iku = mbku(ji,jj)
389            ikv = mbkv(ji,jj)
390            zcoef2 = zcoef0 * MIN( e3w_n(ji,jj,iku), e3w_n(ji+1,jj  ,iku) )
391            zcoef3 = zcoef0 * MIN( e3w_n(ji,jj,ikv), e3w_n(ji  ,jj+1,ikv) )
392            IF( iku > 1 ) THEN            ! on i-direction (level 2 or more)
393               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) - zhpi(ji,jj,iku)         ! subtract old value
394               zhpi(ji,jj,iku) = zhpi(ji,jj,iku-1)                   &   ! compute the new one
395                  &            + zcoef2 * ( rhd(ji+1,jj,iku-1) - rhd(ji,jj,iku-1) + gru(ji,jj) ) * r1_e1u(ji,jj)
396               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) + zhpi(ji,jj,iku)         ! add the new one to the general momentum trend
397            ENDIF
398            IF( ikv > 1 ) THEN            ! on j-direction (level 2 or more)
399               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) - zhpj(ji,jj,ikv)         ! subtract old value
400               zhpj(ji,jj,ikv) = zhpj(ji,jj,ikv-1)                   &   ! compute the new one
401                  &            + zcoef3 * ( rhd(ji,jj+1,ikv-1) - rhd(ji,jj,ikv-1) + grv(ji,jj) ) * r1_e2v(ji,jj)
402               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) + zhpj(ji,jj,ikv)         ! add the new one to the general momentum trend
403            ENDIF
404         END DO
405      END DO
406      !
407      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,   zhpi, zhpj )
408      !
409   END SUBROUTINE hpg_zps
410
411
412   SUBROUTINE hpg_sco( kt )
413      !!---------------------------------------------------------------------
414      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
415      !!
416      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
417      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
418      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
419      !!      density gradient along the model level from the suface to that
420      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
421      !!      to the horizontal pressure gradient :
422      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
423      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
424      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
425      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
426      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
427      !!
428      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
429      !!----------------------------------------------------------------------
430      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
431      !!
432      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jii, jjj                 ! dummy loop indices
433      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad, ztmp       ! temporary scalars
434      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2                     ! local logical variables
435      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
436      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   ::  zcpx, zcpy !W/D pressure filter
437      !!----------------------------------------------------------------------
438      !
439      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
440      IF( ln_wd ) CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zcpx, zcpy )
441      !
442      IF( kt == nit000 ) THEN
443         IF(lwp) WRITE(numout,*)
444         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_sco : hydrostatic pressure gradient trend'
445         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
446      ENDIF
447      !
448      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
449      IF ( ln_linssh ) THEN   ;   znad = 0._wp         ! Fixed    volume: density anomaly
450      ELSE                    ;   znad = 1._wp         ! Variable volume: density
451      ENDIF
452      !
453      IF( ln_wd ) THEN
454        DO jj = 2, jpjm1
455           DO ji = 2, jpim1 
456             ll_tmp1 = MIN(   sshn(ji,jj)               ,   sshn(ji+1,jj) ) >                &
457                  &    MAX( -ht_wd(ji,jj)               , -ht_wd(ji+1,jj) ) .AND.            &
458                  &    MAX(   sshn(ji,jj) + ht_wd(ji,jj),   sshn(ji+1,jj) + ht_wd(ji+1,jj) ) &
459                  &                                                         > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
460             ll_tmp2 = ( ABS( sshn(ji,jj)               -   sshn(ji+1,jj) ) > 1.E-12 ) .AND. (             &
461                  &    MAX(   sshn(ji,jj)               ,   sshn(ji+1,jj) ) >                &
462                  &    MAX( -ht_wd(ji,jj)               , -ht_wd(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
463
464             IF(ll_tmp1) THEN
465               zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
466             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
467               ! no worries about  sshn(ji+1,jj) -  sshn(ji  ,jj) = 0, it won't happen ! here
468               zcpx(ji,jj) = ABS( (sshn(ji+1,jj) + ht_wd(ji+1,jj) - sshn(ji,jj) - ht_wd(ji,jj)) &
469                           &    / (sshn(ji+1,jj) -  sshn(ji  ,jj)) )
470             ELSE
471               zcpx(ji,jj) = 0._wp
472             END IF
473     
474             ll_tmp1 = MIN(   sshn(ji,jj)               ,   sshn(ji,jj+1) ) >                &
475                  &    MAX( -ht_wd(ji,jj)               , -ht_wd(ji,jj+1) ) .AND.            &
476                  &    MAX(   sshn(ji,jj) + ht_wd(ji,jj),   sshn(ji,jj+1) + ht_wd(ji,jj+1) ) &
477                  &                                                         > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
478             ll_tmp2 = ( ABS( sshn(ji,jj)               -   sshn(ji,jj+1) ) > 1.E-12 ) .AND. (             &
479                  &    MAX(   sshn(ji,jj)               ,   sshn(ji,jj+1) ) >                &
480                  &    MAX( -ht_wd(ji,jj)               , -ht_wd(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
481
482             IF(ll_tmp1) THEN
483               zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
484             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
485               ! no worries about  sshn(ji,jj+1) -  sshn(ji,jj  ) = 0, it won't happen ! here
486               zcpy(ji,jj) = ABS( (sshn(ji,jj+1) + ht_wd(ji,jj+1) - sshn(ji,jj) - ht_wd(ji,jj)) &
487                           &    / (sshn(ji,jj+1) -  sshn(ji,jj  )) )
488             ELSE
489               zcpy(ji,jj) = 0._wp
490             END IF
491           END DO
492        END DO
493        CALL lbc_lnk( zcpx, 'U', 1._wp )    ;   CALL lbc_lnk( zcpy, 'V', 1._wp )
494      END IF
495
496      ! Surface value
497      DO jj = 2, jpjm1
498         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
499            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
500            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 * (  e3w_n(ji+1,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji+1,jj  ,1) )    &
501               &                      - e3w_n(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
502            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 * (  e3w_n(ji  ,jj+1,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj+1,1) )    &
503               &                      - e3w_n(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
504            ! s-coordinate pressure gradient correction
505            zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
506               &           * ( gde3w_n(ji+1,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
507            zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
508               &           * ( gde3w_n(ji,jj+1,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
509
510
511            IF( ln_wd ) THEN
512
513              zhpi(ji,jj,1) = zhpi(ji,jj,1) * zcpx(ji,jj)
514              zhpj(ji,jj,1) = zhpj(ji,jj,1) * zcpy(ji,jj) 
515              zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
516              zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
517            ENDIF
518
519            ! add to the general momentum trend
520            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1) + zuap
521            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1) + zvap
522         END DO
523      END DO
524
525      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
526      DO jk = 2, jpkm1
527         DO jj = 2, jpjm1
528            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
529               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
530               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e1u(ji,jj)   &
531                  &           * (  e3w_n(ji+1,jj,jk) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) + 2*znad )   &
532                  &              - e3w_n(ji  ,jj,jk) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) + 2*znad )  )
533               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e2v(ji,jj)   &
534                  &           * (  e3w_n(ji,jj+1,jk) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) + 2*znad )   &
535                  &              - e3w_n(ji,jj  ,jk) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) + 2*znad )  )
536               ! s-coordinate pressure gradient correction
537               zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj  ,jk) + rhd    (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
538                  &           * ( gde3w_n(ji+1,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) * r1_e1u(ji,jj)
539               zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji  ,jj+1,jk) + rhd    (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
540                  &           * ( gde3w_n(ji  ,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) * r1_e2v(ji,jj)
541
542               IF( ln_wd ) THEN
543                 zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) * zcpx(ji,jj)
544                 zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) * zcpy(ji,jj) 
545                 zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
546                 zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
547               ENDIF
548
549               ! add to the general momentum trend
550               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk) + zuap
551               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk) + zvap
552            END DO
553         END DO
554      END DO
555      !
556      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
557      IF( ln_wd ) CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zcpx, zcpy )
558      !
559   END SUBROUTINE hpg_sco
560
561
562   SUBROUTINE hpg_isf( kt )
563      !!---------------------------------------------------------------------
564      !!                  ***  ROUTINE hpg_isf  ***
565      !!
566      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
567      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
568      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
569      !!      density gradient along the model level from the suface to that
570      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
571      !!      to the horizontal pressure gradient :
572      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
573      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
574      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
575      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
576      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
577      !!      iceload is added and partial cell case are added to the top and bottom
578      !!     
579      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
580      !!----------------------------------------------------------------------
581      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
582      !!
583      INTEGER  ::   ji, jj, jk, ikt, iktp1i, iktp1j   ! dummy loop indices
584      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad          ! temporary scalars
585      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  zhpi, zhpj
586      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  ztstop
587      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)     ::  zrhdtop_oce
588      !!----------------------------------------------------------------------
589      !
590      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,  2, ztstop) 
591      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj)
592      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,     zrhdtop_oce )
593      !
594      ! Local constant initialization
595      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
596 
597      ! To use density and not density anomaly
598      znad=1._wp
599
600      ! iniitialised to 0. zhpi zhpi
601      zhpi(:,:,:)=0._wp ; zhpj(:,:,:)=0._wp
602
603      ! compute rhd at the ice/oce interface (ocean side)
604      ! usefull to reduce residual current in the test case ISOMIP with no melting
605      DO ji=1,jpi
606        DO jj=1,jpj
607          ikt=mikt(ji,jj)
608          ztstop(ji,jj,1)=tsn(ji,jj,ikt,1)
609          ztstop(ji,jj,2)=tsn(ji,jj,ikt,2)
610        END DO
611      END DO
612      CALL eos( ztstop, risfdep, zrhdtop_oce )
613
614!==================================================================================     
615!===== Compute surface value =====================================================
616!==================================================================================
617      DO jj = 2, jpjm1
618         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
619            ikt    = mikt(ji,jj)
620            iktp1i = mikt(ji+1,jj)
621            iktp1j = mikt(ji,jj+1)
622            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces and ice shelf pressure
623            ! we assume ISF is in isostatic equilibrium
624            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 / e1u(ji,jj) * ( 0.5_wp * e3w_n(ji+1,jj,iktp1i)                                    &
625               &                                    * ( 2._wp * znad + rhd(ji+1,jj,iktp1i) + zrhdtop_oce(ji+1,jj) )   &
626               &                                  - 0.5_wp * e3w_n(ji,jj,ikt)                                         &
627               &                                    * ( 2._wp * znad + rhd(ji,jj,ikt) + zrhdtop_oce(ji,jj) )          &
628               &                                  + ( riceload(ji+1,jj) - riceload(ji,jj))                            ) 
629            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 / e2v(ji,jj) * ( 0.5_wp * e3w_n(ji,jj+1,iktp1j)                                    &
630               &                                    * ( 2._wp * znad + rhd(ji,jj+1,iktp1j) + zrhdtop_oce(ji,jj+1) )   &
631               &                                  - 0.5_wp * e3w_n(ji,jj,ikt)                                         & 
632               &                                    * ( 2._wp * znad + rhd(ji,jj,ikt) + zrhdtop_oce(ji,jj) )          &
633               &                                  + ( riceload(ji,jj+1) - riceload(ji,jj))                            ) 
634            ! s-coordinate pressure gradient correction (=0 if z coordinate)
635            zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
636               &           * ( gde3w_n(ji+1,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
637            zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
638               &           * ( gde3w_n(ji,jj+1,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
639            ! add to the general momentum trend
640            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + (zhpi(ji,jj,1) + zuap) * umask(ji,jj,1)
641            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + (zhpj(ji,jj,1) + zvap) * vmask(ji,jj,1)
642         END DO
643      END DO
644!==================================================================================     
645!===== Compute interior value =====================================================
646!==================================================================================
647      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
648      DO jk = 2, jpkm1
649         DO jj = 2, jpjm1
650            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
651               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
652               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj)   &
653                  &           * (  e3w_n(ji+1,jj,jk) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) + 2*znad ) * wmask(ji+1,jj,jk)   &
654                  &              - e3w_n(ji  ,jj,jk) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) + 2*znad ) * wmask(ji  ,jj,jk)   )
655               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj)   &
656                  &           * (  e3w_n(ji,jj+1,jk) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) + 2*znad ) * wmask(ji,jj+1,jk)   &
657                  &              - e3w_n(ji,jj  ,jk) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) + 2*znad ) * wmask(ji,jj  ,jk)   )
658               ! s-coordinate pressure gradient correction
659               zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
660                  &           * ( gde3w_n(ji+1,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj)
661               zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
662                  &           * ( gde3w_n(ji  ,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj)
663               ! add to the general momentum trend
664               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + (zhpi(ji,jj,jk) + zuap) * umask(ji,jj,jk)
665               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + (zhpj(ji,jj,jk) + zvap) * vmask(ji,jj,jk)
666            END DO
667         END DO
668      END DO
669     !
670      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,2  , ztstop)
671      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj)
672      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj    , zrhdtop_oce )
673      !
674   END SUBROUTINE hpg_isf
675
676
677   SUBROUTINE hpg_djc( kt )
678      !!---------------------------------------------------------------------
679      !!                  ***  ROUTINE hpg_djc  ***
680      !!
681      !! ** Method  :   Density Jacobian with Cubic polynomial scheme
682      !!
683      !! Reference: Shchepetkin and McWilliams, J. Geophys. Res., 108(C3), 3090, 2003
684      !!----------------------------------------------------------------------
685      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
686      !!
687      INTEGER  ::   ji, jj, jk          ! dummy loop indices
688      REAL(wp) ::   zcoef0, zep, cffw   ! temporary scalars
689      REAL(wp) ::   z1_10, cffu, cffx   !    "         "
690      REAL(wp) ::   z1_12, cffv, cffy   !    "         "
691      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2    ! local logical variables
692      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
693      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  dzx, dzy, dzz, dzu, dzv, dzw
694      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow
695      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  rho_i, rho_j, rho_k
696      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   ::  zcpx, zcpy    !W/D pressure filter
697      !!----------------------------------------------------------------------
698      !
699      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, dzx  , dzy  , dzz  , dzu  , dzv  , dzw   )
700      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow )
701      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, rho_i, rho_j, rho_k,  zhpi,  zhpj        )
702      IF( ln_wd ) CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zcpx, zcpy )
703      !
704      !
705      IF( ln_wd ) THEN
706        DO jj = 2, jpjm1
707           DO ji = 2, jpim1 
708             ll_tmp1 = MIN(   sshn(ji,jj)               ,   sshn(ji+1,jj) ) >                &
709                  &    MAX( -ht_wd(ji,jj)               , -ht_wd(ji+1,jj) ) .AND.            &
710                  &    MAX(   sshn(ji,jj) + ht_wd(ji,jj),   sshn(ji+1,jj) + ht_wd(ji+1,jj) ) &
711                  &                                                         > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
712             ll_tmp2 = ( ABS( sshn(ji,jj)               -   sshn(ji+1,jj) ) > 1.E-12 ) .AND. (             &
713                  &    MAX(   sshn(ji,jj)               ,   sshn(ji+1,jj) ) >                &
714                  &    MAX( -ht_wd(ji,jj)               , -ht_wd(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
715
716             IF(ll_tmp1) THEN
717               zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
718             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
719               ! no worries about  sshn(ji+1,jj) -  sshn(ji  ,jj) = 0, it won't happen ! here
720               zcpx(ji,jj) = ABS( (sshn(ji+1,jj) + ht_wd(ji+1,jj) - sshn(ji,jj) - ht_wd(ji,jj)) &
721                           &    / (sshn(ji+1,jj) -  sshn(ji  ,jj)) )
722             ELSE
723               zcpx(ji,jj) = 0._wp
724             END IF
725     
726             ll_tmp1 = MIN(   sshn(ji,jj)               ,   sshn(ji,jj+1) ) >                &
727                  &    MAX( -ht_wd(ji,jj)               , -ht_wd(ji,jj+1) ) .AND.            &
728                  &    MAX(   sshn(ji,jj) + ht_wd(ji,jj),   sshn(ji,jj+1) + ht_wd(ji,jj+1) ) &
729                  &                                                         > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
730             ll_tmp2 = ( ABS( sshn(ji,jj)               -   sshn(ji,jj+1) ) > 1.E-12 ) .AND. (             &
731                  &    MAX(   sshn(ji,jj)               ,   sshn(ji,jj+1) ) >                &
732                  &    MAX( -ht_wd(ji,jj)               , -ht_wd(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
733
734             IF(ll_tmp1) THEN
735               zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
736             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
737               ! no worries about  sshn(ji,jj+1) -  sshn(ji,jj  ) = 0, it won't happen ! here
738               zcpy(ji,jj) = ABS( (sshn(ji,jj+1) + ht_wd(ji,jj+1) - sshn(ji,jj) - ht_wd(ji,jj)) &
739                           &    / (sshn(ji,jj+1) -  sshn(ji,jj  )) )
740             ELSE
741               zcpy(ji,jj) = 0._wp
742             END IF
743           END DO
744        END DO
745        CALL lbc_lnk( zcpx, 'U', 1._wp )    ;   CALL lbc_lnk( zcpy, 'V', 1._wp )
746      END IF
747
748      IF( kt == nit000 ) THEN
749         IF(lwp) WRITE(numout,*)
750         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_djc : hydrostatic pressure gradient trend'
751         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, density Jacobian with cubic polynomial scheme'
752      ENDIF
753
754      ! Local constant initialization
755      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
756      z1_10  = 1._wp / 10._wp
757      z1_12  = 1._wp / 12._wp
758
759      !----------------------------------------------------------------------------------------
760      !  compute and store in provisional arrays elementary vertical and horizontal differences
761      !----------------------------------------------------------------------------------------
762
763!!bug gm   Not a true bug, but... dzz=e3w  for dzx, dzy verify what it is really
764
765      DO jk = 2, jpkm1
766         DO jj = 2, jpjm1
767            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
768               drhoz(ji,jj,jk) = rhd    (ji  ,jj  ,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1)
769               dzz  (ji,jj,jk) = gde3w_n(ji  ,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk-1)
770               drhox(ji,jj,jk) = rhd    (ji+1,jj  ,jk) - rhd    (ji,jj,jk  )
771               dzx  (ji,jj,jk) = gde3w_n(ji+1,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk  )
772               drhoy(ji,jj,jk) = rhd    (ji  ,jj+1,jk) - rhd    (ji,jj,jk  )
773               dzy  (ji,jj,jk) = gde3w_n(ji  ,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk  )
774            END DO
775         END DO
776      END DO
777
778      !-------------------------------------------------------------------------
779      ! compute harmonic averages using eq. 5.18
780      !-------------------------------------------------------------------------
781      zep = 1.e-15
782
783!!bug  gm  drhoz not defined at level 1 and used (jk-1 with jk=2)
784!!bug  gm  idem for drhox, drhoy et ji=jpi and jj=jpj
785
786      DO jk = 2, jpkm1
787         DO jj = 2, jpjm1
788            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
789               cffw = 2._wp * drhoz(ji  ,jj  ,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)
790
791               cffu = 2._wp * drhox(ji+1,jj  ,jk) * drhox(ji,jj,jk  )
792               cffx = 2._wp * dzx  (ji+1,jj  ,jk) * dzx  (ji,jj,jk  )
793
794               cffv = 2._wp * drhoy(ji  ,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk  )
795               cffy = 2._wp * dzy  (ji  ,jj+1,jk) * dzy  (ji,jj,jk  )
796
797               IF( cffw > zep) THEN
798                  drhow(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoz(ji,jj,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)   &
799                     &                    / ( drhoz(ji,jj,jk) + drhoz(ji,jj,jk-1) )
800               ELSE
801                  drhow(ji,jj,jk) = 0._wp
802               ENDIF
803
804               dzw(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzz(ji,jj,jk) * dzz(ji,jj,jk-1)   &
805                  &                  / ( dzz(ji,jj,jk) + dzz(ji,jj,jk-1) )
806
807               IF( cffu > zep ) THEN
808                  drhou(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhox(ji+1,jj,jk) * drhox(ji,jj,jk)   &
809                     &                    / ( drhox(ji+1,jj,jk) + drhox(ji,jj,jk) )
810               ELSE
811                  drhou(ji,jj,jk ) = 0._wp
812               ENDIF
813
814               IF( cffx > zep ) THEN
815                  dzu(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzx(ji+1,jj,jk) * dzx(ji,jj,jk)   &
816                     &                  / ( dzx(ji+1,jj,jk) + dzx(ji,jj,jk) )
817               ELSE
818                  dzu(ji,jj,jk) = 0._wp
819               ENDIF
820
821               IF( cffv > zep ) THEN
822                  drhov(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoy(ji,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk)   &
823                     &                    / ( drhoy(ji,jj+1,jk) + drhoy(ji,jj,jk) )
824               ELSE
825                  drhov(ji,jj,jk) = 0._wp
826               ENDIF
827
828               IF( cffy > zep ) THEN
829                  dzv(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzy(ji,jj+1,jk) * dzy(ji,jj,jk)   &
830                     &                  / ( dzy(ji,jj+1,jk) + dzy(ji,jj,jk) )
831               ELSE
832                  dzv(ji,jj,jk) = 0._wp
833               ENDIF
834
835            END DO
836         END DO
837      END DO
838
839      !----------------------------------------------------------------------------------
840      ! apply boundary conditions at top and bottom using 5.36-5.37
841      !----------------------------------------------------------------------------------
842      drhow(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:, 2 ) - drhoz(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,  2  )
843      drhou(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhox(:,:, 2 ) - drhox(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,  2  )
844      drhov(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:, 2 ) - drhoy(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,  2  )
845
846      drhow(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:,jpk) - drhoz(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,jpkm1)
847      drhou(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhox(:,:,jpk) - drhox(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,jpkm1)
848      drhov(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:,jpk) - drhoy(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,jpkm1)
849
850
851      !--------------------------------------------------------------
852      ! Upper half of top-most grid box, compute and store
853      !-------------------------------------------------------------
854
855!!bug gm   :  e3w-gde3w = 0.5*e3w  ....  and gde3w(2)-gde3w(1)=e3w(2) ....   to be verified
856!          true if gde3w is really defined as the sum of the e3w scale factors as, it seems to me, it should be
857
858      DO jj = 2, jpjm1
859         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
860            rho_k(ji,jj,1) = -grav * ( e3w_n(ji,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) )               &
861               &                   * (  rhd(ji,jj,1)                                     &
862               &                     + 0.5_wp * ( rhd    (ji,jj,2) - rhd    (ji,jj,1) )  &
863               &                              * ( e3w_n  (ji,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) )  &
864               &                              / ( gde3w_n(ji,jj,2) - gde3w_n(ji,jj,1) )  )
865         END DO
866      END DO
867
868!!bug gm    : here also, simplification is possible
869!!bug gm    : optimisation: 1/10 and 1/12 the division should be done before the loop
870
871      DO jk = 2, jpkm1
872         DO jj = 2, jpjm1
873            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
874
875               rho_k(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk-1) )                                   &
876                  &                     * ( gde3w_n(ji,jj,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk-1) )                                   &
877                  &            - grav * z1_10 * (                                                                   &
878                  &     ( drhow  (ji,jj,jk) - drhow  (ji,jj,jk-1) )                                                     &
879                  &   * ( gde3w_n(ji,jj,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( dzw  (ji,jj,jk) + dzw  (ji,jj,jk-1) ) )   &
880                  &   - ( dzw    (ji,jj,jk) - dzw    (ji,jj,jk-1) )                                                     &
881                  &   * ( rhd    (ji,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( drhow(ji,jj,jk) + drhow(ji,jj,jk-1) ) )   &
882                  &                             )
883
884               rho_i(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                   &
885                  &                     * ( gde3w_n(ji+1,jj,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) )                                   &
886                  &            - grav* z1_10 * (                                                                    &
887                  &     ( drhou  (ji+1,jj,jk) - drhou  (ji,jj,jk) )                                                     &
888                  &   * ( gde3w_n(ji+1,jj,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzu  (ji+1,jj,jk) + dzu  (ji,jj,jk) ) )   &
889                  &   - ( dzu    (ji+1,jj,jk) - dzu    (ji,jj,jk) )                                                     &
890                  &   * ( rhd    (ji+1,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhou(ji+1,jj,jk) + drhou(ji,jj,jk) ) )   &
891                  &                            )
892
893               rho_j(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                 &
894                  &                     * ( gde3w_n(ji,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) )                                   &
895                  &            - grav* z1_10 * (                                                                    &
896                  &     ( drhov  (ji,jj+1,jk) - drhov  (ji,jj,jk) )                                                     &
897                  &   * ( gde3w_n(ji,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzv  (ji,jj+1,jk) + dzv  (ji,jj,jk) ) )   &
898                  &   - ( dzv    (ji,jj+1,jk) - dzv    (ji,jj,jk) )                                                     &
899                  &   * ( rhd    (ji,jj+1,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhov(ji,jj+1,jk) + drhov(ji,jj,jk) ) )   &
900                  &                            )
901
902            END DO
903         END DO
904      END DO
905      CALL lbc_lnk(rho_k,'W',1.)
906      CALL lbc_lnk(rho_i,'U',1.)
907      CALL lbc_lnk(rho_j,'V',1.)
908
909
910      ! ---------------
911      !  Surface value
912      ! ---------------
913      DO jj = 2, jpjm1
914         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
915            zhpi(ji,jj,1) = ( rho_k(ji+1,jj  ,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_i(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
916            zhpj(ji,jj,1) = ( rho_k(ji  ,jj+1,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_j(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
917            IF( ln_wd ) THEN
918              zhpi(ji,jj,1) = zhpi(ji,jj,1) * zcpx(ji,jj)
919              zhpj(ji,jj,1) = zhpj(ji,jj,1) * zcpy(ji,jj) 
920            ENDIF
921            ! add to the general momentum trend
922            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
923            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
924         END DO
925      END DO
926
927      ! ----------------
928      !  interior value   (2=<jk=<jpkm1)
929      ! ----------------
930      DO jk = 2, jpkm1
931         DO jj = 2, jpjm1
932            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
933               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
934               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)                                &
935                  &           + (  ( rho_k(ji+1,jj,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
936                  &              - ( rho_i(ji  ,jj,jk) - rho_i(ji,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
937               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)                                &
938                  &           + (  ( rho_k(ji,jj+1,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
939                  &               -( rho_j(ji,jj  ,jk) - rho_j(ji,jj,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
940               IF( ln_wd ) THEN
941                 zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) * zcpx(ji,jj)
942                 zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) * zcpy(ji,jj) 
943               ENDIF
944               ! add to the general momentum trend
945               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
946               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
947            END DO
948         END DO
949      END DO
950      !
951      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, dzx  , dzy  , dzz  , dzu  , dzv  , dzw   )
952      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow )
953      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, rho_i, rho_j, rho_k,  zhpi,  zhpj        )
954      IF( ln_wd ) CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zcpx, zcpy )
955      !
956   END SUBROUTINE hpg_djc
957
958
959   SUBROUTINE hpg_prj( kt )
960      !!---------------------------------------------------------------------
961      !!                  ***  ROUTINE hpg_prj  ***
962      !!
963      !! ** Method  :   s-coordinate case.
964      !!      A Pressure-Jacobian horizontal pressure gradient method
965      !!      based on the constrained cubic-spline interpolation for
966      !!      all vertical coordinate systems
967      !!
968      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
969      !!----------------------------------------------------------------------
970      INTEGER, PARAMETER  :: polynomial_type = 1    ! 1: cubic spline, 2: linear
971      INTEGER, INTENT(in) ::   kt                   ! ocean time-step index
972      !!
973      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jkk                 ! dummy loop indices
974      REAL(wp) ::   zcoef0, znad                    ! local scalars
975      !
976      !! The local variables for the correction term
977      INTEGER  :: jk1, jis, jid, jjs, jjd
978      LOGICAL  :: ll_tmp1, ll_tmp2                  ! local logical variables
979      REAL(wp) :: zuijk, zvijk, zpwes, zpwed, zpnss, zpnsd, zdeps
980      REAL(wp) :: zrhdt1
981      REAL(wp) :: zdpdx1, zdpdx2, zdpdy1, zdpdy2
982      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zdept, zrhh
983      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp
984      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   ::   zsshu_n, zsshv_n
985      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   ::  zcpx, zcpy    !W/D pressure filter
986      !!----------------------------------------------------------------------
987      !
988      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,   zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp )
989      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,   zdept, zrhh )
990      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,       zsshu_n, zsshv_n )
991      IF( ln_wd ) CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zcpx, zcpy )
992      !
993      IF( kt == nit000 ) THEN
994         IF(lwp) WRITE(numout,*)
995         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_prj : hydrostatic pressure gradient trend'
996         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, cubic spline pressure Jacobian'
997      ENDIF
998
999      ! Local constant initialization
1000      zcoef0 = - grav
1001      znad = 1._wp
1002      IF( ln_linssh )   znad = 0._wp
1003
1004      IF( ln_wd ) THEN
1005        DO jj = 2, jpjm1
1006           DO ji = 2, jpim1 
1007             ll_tmp1 = MIN(   sshn(ji,jj)               ,   sshn(ji+1,jj) ) >                &
1008                  &    MAX( -ht_wd(ji,jj)               , -ht_wd(ji+1,jj) ) .AND.            &
1009                  &    MAX(   sshn(ji,jj) + ht_wd(ji,jj),   sshn(ji+1,jj) + ht_wd(ji+1,jj) ) &
1010                  &                                                         > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
1011             ll_tmp2 = ( ABS( sshn(ji,jj)               -   sshn(ji+1,jj) ) > 1.E-12 ) .AND. (             &
1012                  &    MAX(   sshn(ji,jj)               ,   sshn(ji+1,jj) ) >                &
1013                  &    MAX( -ht_wd(ji,jj)               , -ht_wd(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
1014
1015             IF(ll_tmp1) THEN
1016               zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
1017             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
1018               ! no worries about  sshn(ji+1,jj) -  sshn(ji  ,jj) = 0, it won't happen ! here
1019               zcpx(ji,jj) = ABS( (sshn(ji+1,jj) + ht_wd(ji+1,jj) - sshn(ji,jj) - ht_wd(ji,jj)) &
1020                           &    / (sshn(ji+1,jj) -  sshn(ji  ,jj)) )
1021             ELSE
1022               zcpx(ji,jj) = 0._wp
1023             END IF
1024     
1025             ll_tmp1 = MIN(   sshn(ji,jj)               ,   sshn(ji,jj+1) ) >                &
1026                  &    MAX( -ht_wd(ji,jj)               , -ht_wd(ji,jj+1) ) .AND.            &
1027                  &    MAX(   sshn(ji,jj) + ht_wd(ji,jj),   sshn(ji,jj+1) + ht_wd(ji,jj+1) ) &
1028                  &                                                         > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
1029             ll_tmp2 = ( ABS( sshn(ji,jj)               -   sshn(ji,jj+1) ) > 1.E-12 ) .AND. (             &
1030                  &    MAX(   sshn(ji,jj)               ,   sshn(ji,jj+1) ) >                &
1031                  &    MAX( -ht_wd(ji,jj)               , -ht_wd(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
1032
1033             IF(ll_tmp1) THEN
1034               zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
1035             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
1036               ! no worries about  sshn(ji,jj+1) -  sshn(ji,jj  ) = 0, it won't happen ! here
1037               zcpy(ji,jj) = ABS( (sshn(ji,jj+1) + ht_wd(ji,jj+1) - sshn(ji,jj) - ht_wd(ji,jj)) &
1038                           &    / (sshn(ji,jj+1) -  sshn(ji,jj  )) )
1039             ELSE
1040               zcpy(ji,jj) = 0._wp
1041             END IF
1042           END DO
1043        END DO
1044        CALL lbc_lnk( zcpx, 'U', 1._wp )    ;   CALL lbc_lnk( zcpy, 'V', 1._wp )
1045      END IF
1046
1047      ! Clean 3-D work arrays
1048      zhpi(:,:,:) = 0._wp
1049      zrhh(:,:,:) = rhd(:,:,:)
1050
1051      ! Preparing vertical density profile "zrhh(:,:,:)" for hybrid-sco coordinate
1052      DO jj = 1, jpj
1053        DO ji = 1, jpi
1054          jk = mbkt(ji,jj)+1
1055          IF(     jk <=  0   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,    :   ) = 0._wp
1056          ELSEIF( jk ==  1   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,jk+1:jpk) = rhd(ji,jj,jk)
1057          ELSEIF( jk < jpkm1 ) THEN
1058             DO jkk = jk+1, jpk
1059                zrhh(ji,jj,jkk) = interp1(gde3w_n(ji,jj,jkk  ), gde3w_n(ji,jj,jkk-1),   &
1060                   &                      gde3w_n(ji,jj,jkk-2), rhd    (ji,jj,jkk-1), rhd(ji,jj,jkk-2))
1061             END DO
1062          ENDIF
1063        END DO
1064      END DO
1065
1066      ! Transfer the depth of "T(:,:,:)" to vertical coordinate "zdept(:,:,:)"
1067      DO jj = 1, jpj
1068         DO ji = 1, jpi
1069            zdept(ji,jj,1) = 0.5_wp * e3w_n(ji,jj,1) - sshn(ji,jj) * znad
1070         END DO
1071      END DO
1072
1073      DO jk = 2, jpk
1074         DO jj = 1, jpj
1075            DO ji = 1, jpi
1076               zdept(ji,jj,jk) = zdept(ji,jj,jk-1) + e3w_n(ji,jj,jk)
1077            END DO
1078         END DO
1079      END DO
1080
1081      fsp(:,:,:) = zrhh (:,:,:)
1082      xsp(:,:,:) = zdept(:,:,:)
1083
1084      ! Construct the vertical density profile with the
1085      ! constrained cubic spline interpolation
1086      ! rho(z) = asp + bsp*z + csp*z^2 + dsp*z^3
1087      CALL cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1088
1089      ! Integrate the hydrostatic pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,1)"
1090      DO jj = 2, jpj
1091        DO ji = 2, jpi
1092          zrhdt1 = zrhh(ji,jj,1) - interp3( zdept(ji,jj,1), asp(ji,jj,1), bsp(ji,jj,1),  &
1093             &                                              csp(ji,jj,1), dsp(ji,jj,1) ) * 0.25_wp * e3w_n(ji,jj,1)
1094
1095          ! assuming linear profile across the top half surface layer
1096          zhpi(ji,jj,1) =  0.5_wp * e3w_n(ji,jj,1) * zrhdt1
1097        END DO
1098      END DO
1099
1100      ! Calculate the pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,2:jpkm1)"
1101      DO jk = 2, jpkm1
1102        DO jj = 2, jpj
1103          DO ji = 2, jpi
1104            zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) +                                  &
1105               &             integ_spline( zdept(ji,jj,jk-1), zdept(ji,jj,jk),   &
1106               &                           asp  (ji,jj,jk-1), bsp  (ji,jj,jk-1), &
1107               &                           csp  (ji,jj,jk-1), dsp  (ji,jj,jk-1)  )
1108          END DO
1109        END DO
1110      END DO
1111
1112      ! Z coordinate of U(ji,jj,1:jpkm1) and V(ji,jj,1:jpkm1)
1113
1114      ! Prepare zsshu_n and zsshv_n
1115      DO jj = 2, jpjm1
1116        DO ji = 2, jpim1
1117!!gm BUG ?    if it is ssh at u- & v-point then it should be:
1118!          zsshu_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e1e2t(ji+1,jj) * sshn(ji+1,jj)) * &
1119!                         & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1120!          zsshv_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e1e2t(ji,jj+1) * sshn(ji,jj+1)) * &
1121!                         & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1122!!gm not this:
1123          zsshu_n(ji,jj) = (e1e2u(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e1e2u(ji+1, jj) * sshn(ji+1,jj)) * &
1124                         & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1125          zsshv_n(ji,jj) = (e1e2v(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e1e2v(ji+1, jj) * sshn(ji,jj+1)) * &
1126                         & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1127        END DO
1128      END DO
1129
1130      CALL lbc_lnk (zsshu_n, 'U', 1.)
1131      CALL lbc_lnk (zsshv_n, 'V', 1.)
1132
1133      DO jj = 2, jpjm1
1134        DO ji = 2, jpim1
1135          zu(ji,jj,1) = - ( e3u_n(ji,jj,1) - zsshu_n(ji,jj) * znad) 
1136          zv(ji,jj,1) = - ( e3v_n(ji,jj,1) - zsshv_n(ji,jj) * znad)
1137        END DO
1138      END DO
1139
1140      DO jk = 2, jpkm1
1141        DO jj = 2, jpjm1
1142          DO ji = 2, jpim1
1143            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk-1) - e3u_n(ji,jj,jk)
1144            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk-1) - e3v_n(ji,jj,jk)
1145          END DO
1146        END DO
1147      END DO
1148
1149      DO jk = 1, jpkm1
1150        DO jj = 2, jpjm1
1151          DO ji = 2, jpim1
1152            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3u_n(ji,jj,jk)
1153            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3v_n(ji,jj,jk)
1154          END DO
1155        END DO
1156      END DO
1157
1158      DO jk = 1, jpkm1
1159        DO jj = 2, jpjm1
1160          DO ji = 2, jpim1
1161            zu(ji,jj,jk) = MIN(  zu(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1162            zu(ji,jj,jk) = MAX(  zu(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1163            zv(ji,jj,jk) = MIN(  zv(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1164            zv(ji,jj,jk) = MAX(  zv(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1165          END DO
1166        END DO
1167      END DO
1168
1169
1170      DO jk = 1, jpkm1
1171        DO jj = 2, jpjm1
1172          DO ji = 2, jpim1
1173            zpwes = 0._wp; zpwed = 0._wp
1174            zpnss = 0._wp; zpnsd = 0._wp
1175            zuijk = zu(ji,jj,jk)
1176            zvijk = zv(ji,jj,jk)
1177
1178            !!!!!     for u equation
1179            IF( jk <= mbku(ji,jj) ) THEN
1180               IF( -zdept(ji+1,jj,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1181                 jis = ji + 1; jid = ji
1182               ELSE
1183                 jis = ji;     jid = ji +1
1184               ENDIF
1185
1186               ! integrate the pressure on the shallow side
1187               jk1 = jk
1188               DO WHILE ( -zdept(jis,jj,jk1) > zuijk )
1189                 IF( jk1 == mbku(ji,jj) ) THEN
1190                   zuijk = -zdept(jis,jj,jk1)
1191                   EXIT
1192                 ENDIF
1193                 zdeps = MIN(zdept(jis,jj,jk1+1), -zuijk)
1194                 zpwes = zpwes +                                    &
1195                      integ_spline(zdept(jis,jj,jk1), zdeps,            &
1196                             asp(jis,jj,jk1),    bsp(jis,jj,jk1), &
1197                             csp(jis,jj,jk1),    dsp(jis,jj,jk1))
1198                 jk1 = jk1 + 1
1199               END DO
1200
1201               ! integrate the pressure on the deep side
1202               jk1 = jk
1203               DO WHILE ( -zdept(jid,jj,jk1) < zuijk )
1204                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1205                   zdeps = zdept(jid,jj,1) + MIN(zuijk, sshn(jid,jj)*znad)
1206                   zrhdt1 = zrhh(jid,jj,1) - interp3(zdept(jid,jj,1), asp(jid,jj,1), &
1207                                                     bsp(jid,jj,1),   csp(jid,jj,1), &
1208                                                     dsp(jid,jj,1)) * zdeps
1209                   zpwed  = zpwed + 0.5_wp * (zrhh(jid,jj,1) + zrhdt1) * zdeps
1210                   EXIT
1211                 ENDIF
1212                 zdeps = MAX(zdept(jid,jj,jk1-1), -zuijk)
1213                 zpwed = zpwed +                                        &
1214                        integ_spline(zdeps,              zdept(jid,jj,jk1), &
1215                               asp(jid,jj,jk1-1), bsp(jid,jj,jk1-1),  &
1216                               csp(jid,jj,jk1-1), dsp(jid,jj,jk1-1) )
1217                 jk1 = jk1 - 1
1218               END DO
1219
1220               ! update the momentum trends in u direction
1221
1222               zdpdx1 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * ( zhpi(ji+1,jj,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1223               IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1224                 zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * &
1225                    &    ( REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed) + (sshn(ji+1,jj)-sshn(ji,jj)) )
1226                ELSE
1227                 zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed)
1228               ENDIF
1229               IF( ln_wd ) THEN
1230                  zdpdx1 = zdpdx1 * zcpx(ji,jj)
1231                  zdpdx2 = zdpdx2 * zcpx(ji,jj)
1232               ENDIF
1233               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + (zdpdx1 + zdpdx2) * umask(ji,jj,jk) 
1234            ENDIF
1235
1236            !!!!!     for v equation
1237            IF( jk <= mbkv(ji,jj) ) THEN
1238               IF( -zdept(ji,jj+1,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1239                 jjs = jj + 1; jjd = jj
1240               ELSE
1241                 jjs = jj    ; jjd = jj + 1
1242               ENDIF
1243
1244               ! integrate the pressure on the shallow side
1245               jk1 = jk
1246               DO WHILE ( -zdept(ji,jjs,jk1) > zvijk )
1247                 IF( jk1 == mbkv(ji,jj) ) THEN
1248                   zvijk = -zdept(ji,jjs,jk1)
1249                   EXIT
1250                 ENDIF
1251                 zdeps = MIN(zdept(ji,jjs,jk1+1), -zvijk)
1252                 zpnss = zpnss +                                      &
1253                        integ_spline(zdept(ji,jjs,jk1), zdeps,            &
1254                               asp(ji,jjs,jk1),    bsp(ji,jjs,jk1), &
1255                               csp(ji,jjs,jk1),    dsp(ji,jjs,jk1) )
1256                 jk1 = jk1 + 1
1257               END DO
1258
1259               ! integrate the pressure on the deep side
1260               jk1 = jk
1261               DO WHILE ( -zdept(ji,jjd,jk1) < zvijk )
1262                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1263                   zdeps = zdept(ji,jjd,1) + MIN(zvijk, sshn(ji,jjd)*znad)
1264                   zrhdt1 = zrhh(ji,jjd,1) - interp3(zdept(ji,jjd,1), asp(ji,jjd,1), &
1265                                                     bsp(ji,jjd,1),   csp(ji,jjd,1), &
1266                                                     dsp(ji,jjd,1) ) * zdeps
1267                   zpnsd  = zpnsd + 0.5_wp * (zrhh(ji,jjd,1) + zrhdt1) * zdeps
1268                   EXIT
1269                 ENDIF
1270                 zdeps = MAX(zdept(ji,jjd,jk1-1), -zvijk)
1271                 zpnsd = zpnsd +                                        &
1272                        integ_spline(zdeps,              zdept(ji,jjd,jk1), &
1273                               asp(ji,jjd,jk1-1), bsp(ji,jjd,jk1-1), &
1274                               csp(ji,jjd,jk1-1), dsp(ji,jjd,jk1-1) )
1275                 jk1 = jk1 - 1
1276               END DO
1277
1278
1279               ! update the momentum trends in v direction
1280
1281               zdpdy1 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * ( zhpi(ji,jj+1,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1282               IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1283                  zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * &
1284                          ( REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd) + (sshn(ji,jj+1)-sshn(ji,jj)) )
1285               ELSE
1286                  zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd )
1287               ENDIF
1288               IF( ln_wd ) THEN
1289                  zdpdy1 = zdpdy1 * zcpy(ji,jj)
1290                  zdpdy2 = zdpdy2 * zcpy(ji,jj)
1291               ENDIF
1292
1293               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + (zdpdy1 + zdpdy2) * vmask(ji,jj,jk)
1294            ENDIF
1295               !
1296            END DO
1297         END DO
1298      END DO
1299      !
1300      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,   zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp )
1301      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,   zdept, zrhh )
1302      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,       zsshu_n, zsshv_n )
1303      IF( ln_wd ) CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zcpx, zcpy )
1304      !
1305   END SUBROUTINE hpg_prj
1306
1307
1308   SUBROUTINE cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1309      !!----------------------------------------------------------------------
1310      !!                 ***  ROUTINE cspline  ***
1311      !!
1312      !! ** Purpose :   constrained cubic spline interpolation
1313      !!
1314      !! ** Method  :   f(x) = asp + bsp*x + csp*x^2 + dsp*x^3
1315      !!
1316      !! Reference: CJC Kruger, Constrained Cubic Spline Interpoltation
1317      !!----------------------------------------------------------------------
1318      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   fsp, xsp           ! value and coordinate
1319      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   asp, bsp, csp, dsp ! coefficients of the interpoated function
1320      INTEGER                   , INTENT(in   ) ::   polynomial_type    ! 1: cubic spline   ;   2: Linear
1321      !
1322      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
1323      INTEGER  ::   jpi, jpj, jpkm1
1324      REAL(wp) ::   zdf1, zdf2, zddf1, zddf2, ztmp1, ztmp2, zdxtmp
1325      REAL(wp) ::   zdxtmp1, zdxtmp2, zalpha
1326      REAL(wp) ::   zdf(size(fsp,3))
1327      !!----------------------------------------------------------------------
1328      !
1329!!gm  WHAT !!!!!   THIS IS VERY DANGEROUS !!!!! 
1330      jpi   = size(fsp,1)
1331      jpj   = size(fsp,2)
1332      jpkm1 = size(fsp,3) - 1
1333      !
1334      IF (polynomial_type == 1) THEN     ! Constrained Cubic Spline
1335         DO ji = 1, jpi
1336            DO jj = 1, jpj
1337           !!Fritsch&Butland's method, 1984 (preferred, but more computation)
1338           !    DO jk = 2, jpkm1-1
1339           !       zdxtmp1 = xsp(ji,jj,jk)   - xsp(ji,jj,jk-1)
1340           !       zdxtmp2 = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1341           !       zdf1    = ( fsp(ji,jj,jk)   - fsp(ji,jj,jk-1) ) / zdxtmp1
1342           !       zdf2    = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)   ) / zdxtmp2
1343           !
1344           !       zalpha = ( zdxtmp1 + 2._wp * zdxtmp2 ) / ( zdxtmp1 + zdxtmp2 ) / 3._wp
1345           !
1346           !       IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1347           !           zdf(jk) = 0._wp
1348           !       ELSE
1349           !         zdf(jk) = zdf1 * zdf2 / ( ( 1._wp - zalpha ) * zdf1 + zalpha * zdf2 )
1350           !       ENDIF
1351           !    END DO
1352
1353           !!Simply geometric average
1354               DO jk = 2, jpkm1-1
1355                  zdf1 = (fsp(ji,jj,jk) - fsp(ji,jj,jk-1)) / (xsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk-1))
1356                  zdf2 = (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / (xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk))
1357
1358                  IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1359                     zdf(jk) = 0._wp
1360                  ELSE
1361                     zdf(jk) = 2._wp * zdf1 * zdf2 / (zdf1 + zdf2)
1362                  ENDIF
1363               END DO
1364
1365               zdf(1)     = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,2) - fsp(ji,jj,1) ) / &
1366                          &          ( xsp(ji,jj,2) - xsp(ji,jj,1) )           -  0.5_wp * zdf(2)
1367               zdf(jpkm1) = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,jpkm1) - fsp(ji,jj,jpkm1-1) ) / &
1368                          &          ( xsp(ji,jj,jpkm1) - xsp(ji,jj,jpkm1-1) ) - 0.5_wp * zdf(jpkm1 - 1)
1369
1370               DO jk = 1, jpkm1 - 1
1371                 zdxtmp = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1372                 ztmp1  = (zdf(jk+1) + 2._wp * zdf(jk)) / zdxtmp
1373                 ztmp2  =  6._wp * (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / zdxtmp / zdxtmp
1374                 zddf1  = -2._wp * ztmp1 + ztmp2
1375                 ztmp1  = (2._wp * zdf(jk+1) + zdf(jk)) / zdxtmp
1376                 zddf2  =  2._wp * ztmp1 - ztmp2
1377
1378                 dsp(ji,jj,jk) = (zddf2 - zddf1) / 6._wp / zdxtmp
1379                 csp(ji,jj,jk) = ( xsp(ji,jj,jk+1) * zddf1 - xsp(ji,jj,jk)*zddf2 ) / 2._wp / zdxtmp
1380                 bsp(ji,jj,jk) = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk) ) / zdxtmp - &
1381                               & csp(ji,jj,jk) * ( xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk) ) - &
1382                               & dsp(ji,jj,jk) * ((xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk))**2 - &
1383                               &                   xsp(ji,jj,jk+1) * xsp(ji,jj,jk))
1384                 asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk) * (bsp(ji,jj,jk) + &
1385                               &                (xsp(ji,jj,jk) * (csp(ji,jj,jk) + &
1386                               &                 dsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk))))
1387               END DO
1388            END DO
1389         END DO
1390
1391      ELSEIF ( polynomial_type == 2 ) THEN     ! Linear
1392         DO ji = 1, jpi
1393            DO jj = 1, jpj
1394               DO jk = 1, jpkm1-1
1395                  zdxtmp =xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1396                  ztmp1 = fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)
1397
1398                  dsp(ji,jj,jk) = 0._wp
1399                  csp(ji,jj,jk) = 0._wp
1400                  bsp(ji,jj,jk) = ztmp1 / zdxtmp
1401                  asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - bsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)
1402               END DO
1403            END DO
1404         END DO
1405
1406      ELSE
1407           CALL ctl_stop( 'invalid polynomial type in cspline' )
1408      ENDIF
1409
1410   END SUBROUTINE cspline
1411
1412
1413   FUNCTION interp1(x, xl, xr, fl, fr)  RESULT(f)
1414      !!----------------------------------------------------------------------
1415      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1416      !!
1417      !! ** Purpose :   1-d linear interpolation
1418      !!
1419      !! ** Method  :   interpolation is straight forward
1420      !!                extrapolation is also permitted (no value limit)
1421      !!----------------------------------------------------------------------
1422      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, xl, xr, fl, fr
1423      REAL(wp)             ::  f ! result of the interpolation (extrapolation)
1424      REAL(wp)             ::  zdeltx
1425      !!----------------------------------------------------------------------
1426      !
1427      zdeltx = xr - xl
1428      IF( abs(zdeltx) <= 10._wp * EPSILON(x) ) THEN
1429         f = 0.5_wp * (fl + fr)
1430      ELSE
1431         f = ( (x - xl ) * fr - ( x - xr ) * fl ) / zdeltx
1432      ENDIF
1433      !
1434   END FUNCTION interp1
1435
1436
1437   FUNCTION interp2( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1438      !!----------------------------------------------------------------------
1439      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1440      !!
1441      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline interpolation
1442      !!
1443      !! ** Method  :  cubic spline interpolation
1444      !!
1445      !!----------------------------------------------------------------------
1446      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1447      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1448      !!----------------------------------------------------------------------
1449      !
1450      f = a + x* ( b + x * ( c + d * x ) )
1451      !
1452   END FUNCTION interp2
1453
1454
1455   FUNCTION interp3( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1456      !!----------------------------------------------------------------------
1457      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1458      !!
1459      !! ** Purpose :   Calculate the first order of deriavtive of
1460      !!                a cubic spline function y=a+b*x+c*x^2+d*x^3
1461      !!
1462      !! ** Method  :   f=dy/dx=b+2*c*x+3*d*x^2
1463      !!
1464      !!----------------------------------------------------------------------
1465      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1466      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1467      !!----------------------------------------------------------------------
1468      !
1469      f = b + x * ( 2._wp * c + 3._wp * d * x)
1470      !
1471   END FUNCTION interp3
1472
1473
1474   FUNCTION integ_spline( xl, xr, a, b, c, d )  RESULT(f)
1475      !!----------------------------------------------------------------------
1476      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1477      !!
1478      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline integration
1479      !!
1480      !! ** Method  :  integrate polynomial a+bx+cx^2+dx^3 from xl to xr
1481      !!
1482      !!----------------------------------------------------------------------
1483      REAL(wp), INTENT(in) ::  xl, xr, a, b, c, d
1484      REAL(wp)             ::  za1, za2, za3
1485      REAL(wp)             ::  f                   ! integration result
1486      !!----------------------------------------------------------------------
1487      !
1488      za1 = 0.5_wp * b
1489      za2 = c / 3.0_wp
1490      za3 = 0.25_wp * d
1491      !
1492      f  = xr * ( a + xr * ( za1 + xr * ( za2 + za3 * xr ) ) ) - &
1493         & xl * ( a + xl * ( za1 + xl * ( za2 + za3 * xl ) ) )
1494      !
1495   END FUNCTION integ_spline
1496
1497   !!======================================================================
1498END MODULE dynhpg
1499
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.